鹽生荒漠植物群落土壤氮素含量及其組分特征①

張 仰，龔雪偉，呂光輝*，張雪梅，蔣臘梅，郄亞棟

鹽生荒漠植物群落土壤氮素含量及其組分特征①

張 仰1,2，龔雪偉3，呂光輝2,4*，張雪梅1,2，蔣臘梅1,2，郄亞棟1,2

(1 新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830046；2 綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830046；3 中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所森林生態(tài)與管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，沈陽 110016；4 新疆大學(xué)干旱生態(tài)環(huán)境研究所，烏魯木齊 830046)

為了探討鹽生植物群落土壤氮素含量及組分特征，以新疆艾比湖流域鹽生荒漠土壤為研究對(duì)象，分析了喬木、灌木和草本3種不同生長型鹽生植物群落0 ~ 20、20 ~ 40 和40 ~ 60 cm 的土壤理化性質(zhì)及各形態(tài)的氮素含量。結(jié)果表明，研究區(qū)不同生長型鹽生植物群落土壤pH、電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)和C/N 隨土層深度增加而逐漸降低，而含水量與之相反。同一土層，土壤總氮、有機(jī)氮和氮密度呈現(xiàn)從喬木、灌木再到草本鹽生植物群落逐漸增加的趨勢(shì)。垂直分布方面，不同生長型鹽生植物群落的土壤各形態(tài)氮素含量和氮密度均隨著土層深度的增加而降低，表聚現(xiàn)象明顯。除銨態(tài)氮以外，其他各種氮素間均表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)(<0.01)，且與土壤有機(jī)質(zhì)、含水量和容重呈極顯著相關(guān)(<0.01)。土壤各形態(tài)氮素占總氮的比例對(duì)總氮的變化存在不同的響應(yīng)，有機(jī)氮占總氮的比例相對(duì)穩(wěn)定，有機(jī)氮與堿解氮占總氮的比例隨總氮含量的增加而增加，無機(jī)氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮占總氮的比例隨總氮含量的增加而降低。

艾比湖流域；鹽生植物；硝態(tài)氮；銨態(tài)氮；氮密度；表聚現(xiàn)象

鹽生荒漠是荒漠生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)特殊地理單元，該區(qū)域內(nèi)生態(tài)條件惡劣，年降水量少且蒸發(fā)劇烈，土壤鹽漬化程度嚴(yán)重，是天然的鹽生植物資源庫[1]。鹽生植物是指一類具有較強(qiáng)抗鹽能力，能夠在高鹽生境中生長并完成生活史的自然植物區(qū)系的總稱[2]，該植物類群普遍表現(xiàn)出泌鹽、儲(chǔ)水、高滲透壓、枝葉肉質(zhì)化或者極度縮小等適應(yīng)特征，對(duì)干旱區(qū)植物群落構(gòu)建和維持起著不可替代的生態(tài)作用[3]。氮是大氣圈中含量最豐富的元素，也是各種植物生長和發(fā)育所需的大量營養(yǎng)元素，是調(diào)節(jié)陸地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)量、結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)鍵元素，能夠限制群落初級(jí)和次級(jí)生產(chǎn)力，在全球碳氮循環(huán)中至關(guān)重要[4]。目前，土壤氮素及其影響因子分析成為全球氣候變化問題的研究熱點(diǎn)之一[5]。

土壤氮含量主要受成土母質(zhì)、土壤質(zhì)地、地貌、降水、溫度、植被類型及土壤微生物活性的影響[6]。研究表明，植被的演替可能影響土壤氮素的分布與轉(zhuǎn)化。如在黃土高原溝壑區(qū)退耕還草過程中植物群落對(duì)土壤氮素含量及形態(tài)分布產(chǎn)生重要影響，從草本群落到喬灌草群落，土壤各形態(tài)氮素含量均逐漸增加[7]。金驊等[8]發(fā)現(xiàn)植被覆蓋類型顯著影響著荒漠區(qū)土壤氮素含量的空間分布特性，土壤全氮含量明顯受植被覆蓋類型影響：胡楊林地>檉柳地>梭梭地。有學(xué)者認(rèn)為，土壤氮素在不同的土層深度也具有不同的分布特征。新疆焉耆盆地硝態(tài)氮含量呈現(xiàn)隨土層深度增加而逐漸降低的趨勢(shì)，而銨態(tài)氮在不同土層的分布差異不顯著[9]。李榮等人[10]在騰格里沙漠和毛烏素沙地的研究表明，在沙丘固定過程中，無機(jī)態(tài)氮的含量在縱向上的變化具有同樣的規(guī)律：銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量均出現(xiàn)隨土壤深度增加而減小的趨勢(shì)。此外，土壤氮素含量還受土壤理化性質(zhì)的影響。諸多研究表明土壤氮素含量與土壤容重[11]、pH[7]、電導(dǎo)率[12]、水分和溫度[13]以及有機(jī)碳、有效磷和速效鉀[14]等理化性質(zhì)具有顯著的相關(guān)關(guān)系。

土壤中的氮素大部分以有機(jī)態(tài)的形式存在，有機(jī)態(tài)氮約占全氮的92% ~ 98%，但它不能被植物直接吸收利用，必須經(jīng)礦化作用形成無機(jī)態(tài)的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮，植物方可吸收利用[15-17]。有研究表明，各種氮素占總氮的比例對(duì)總氮的變化有著不同的響應(yīng)[7]，且不同生態(tài)系統(tǒng)的有效氮素不同。就目前學(xué)者的研究結(jié)果顯示，一般硝態(tài)氮是干旱半干旱地區(qū)和弱堿性土壤中的主要有效氮素，而銨態(tài)氮?jiǎng)t為濕潤半濕潤地區(qū)和弱酸性土壤中的主要有效氮素形態(tài)[5]。

西北干旱區(qū)是我國土壤積鹽較重的地區(qū)，這里形成鹽生荒漠，發(fā)育著豐富的鹽生植物[18]。鹽生植物的生長發(fā)育不僅受到土壤鹽分的脅迫，還受到土壤氮素的限制[19]。目前關(guān)于土壤氮素特征的研究主要集中在濕潤和半干旱地區(qū)，對(duì)于極端干旱區(qū)，尤其是鹽生荒漠生境的土壤氮素含量及組分特征仍有待于深入探究。研究鹽生荒漠的土壤氮素的分布規(guī)律，闡明不同生長型的鹽生植物群落土壤氮素和組分特征，對(duì)于干旱荒漠鹽生植物的生態(tài)保育和資源開發(fā)具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

本研究選取新疆艾比湖濕地國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的典型鹽生荒漠土壤為研究對(duì)象，研究植物群落、土層深度和土壤理化性質(zhì)對(duì)土壤氮素含量分布的影響，闡釋不同形態(tài)氮素含量對(duì)總氮變化的相應(yīng)規(guī)律，識(shí)別研究區(qū)主要的有效氮素形態(tài)。研究結(jié)果可在一定程度上為保護(hù)區(qū)鹽漬化土壤的改良提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

艾比湖濕地國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)(44°30′ ~ 45°09′N，82°36′ ~ 83°50′E)位于新疆維吾爾自治區(qū)博爾塔拉蒙古自治州精河縣境內(nèi)，艾比湖流域是準(zhǔn)噶爾盆地地表水和地下水的匯集中心，年平均降水量約為100 mm，潛在蒸發(fā)量約為1 600 mm。保護(hù)區(qū)西北部是全國著名的風(fēng)口—阿拉山口，流域內(nèi)盛行西北風(fēng)，年平均大風(fēng)(17 m/s) 日數(shù)多達(dá)164 d，瞬間最大風(fēng)速55 m/s。區(qū)內(nèi)土壤類型有灰漠土、灰棕漠土和風(fēng)沙土，隱域性土壤為鹽(鹽漬化)土、草甸土和沼澤土。由于干旱和鹽堿作用，保護(hù)區(qū)土壤鹽分含量高，植物覆蓋度極低，植物群落由濕生、中生向旱生、超旱生、沙生和鹽生種類演替。

1.2 樣品采集與處理

采樣于2010年8月進(jìn)行，在艾比湖濕地國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)選擇鹽生荒漠區(qū)域設(shè)置樣方，以優(yōu)勢(shì)物種命名樣方(表1)，每種類型(物種)的樣方設(shè)置3個(gè)重復(fù)，樣方大小為：喬木10 m × 10 m，灌木5 m × 5 m，草本1 m × 1 m。采用對(duì)角線取樣法進(jìn)行采樣，于每個(gè)樣方對(duì)角線上各挖3個(gè)土壤剖面，按0 ~ 20 cm (表層)、20 ~ 40 cm (中層) 和40 ~ 60 cm (底層) 垂直梯度采集土樣，每個(gè)土壤剖面每次一層次多次取樣，然后按照四分法混勻后裝入自封袋寫上標(biāo)碼，帶回實(shí)驗(yàn)室，自然風(fēng)干。在分析樣品取樣的同時(shí)，使用鋁盒和環(huán)刀進(jìn)行同期采樣，同時(shí)稱重帶回室內(nèi)用于土壤含水量和容重的測(cè)定。

表1 樣地基本情況

1.3 分析項(xiàng)目與測(cè)定方法

采用堿解擴(kuò)散法、酚二磺酸比色法和KCl浸提-靛酚藍(lán)比色法分別測(cè)定堿解氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量，利用凱式定氮法測(cè)定土壤總氮含量。利用烘干法測(cè)定土壤含水量，環(huán)刀法測(cè)定土壤容重，電位法測(cè)定土壤酸堿度 (pH)，重量電位法測(cè)定電導(dǎo)率，重鉻酸鉀容量-稀釋熱法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量。以上土壤理化性質(zhì)的測(cè)定均參照《生態(tài)學(xué)常用實(shí)驗(yàn)研究方法與技術(shù)》[20]和《土壤農(nóng)化分析》[21]中的有關(guān)方法。就土壤肥力而言，無機(jī)氮以銨態(tài)氮和硝態(tài)氮兩種形態(tài)的氮最為重要[22]，本研究中，將這兩者之和作為無機(jī)氮[23]，有機(jī)氮為總氮與無機(jī)氮之差[24]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

各層土壤氮密度采用式(1)計(jì)算，0 ~ 60 cm土壤平均氮密度為各層土壤氮密度之和。

SN=N×H×D(1)

式中：SN為第層土壤氮密度(kg/m2)；N為第層土壤中總氮含量(g/kg)；H為第層土壤深度(m)；D為第層土壤容重(g/cm3)。

采用Microsoft Excel 2013數(shù)據(jù)處理和作圖，采用SPSS 21.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。利用單因素方差分析(one-way ANOVA)比較不同生長型植物群落間的氮素差異，方差齊時(shí)多重比較采用Duncan檢驗(yàn)，方差不齊時(shí)，方差分析采用近似F檢驗(yàn)Welch法，多重比較采用Dunnett-T3方法檢驗(yàn)。顯著性水平統(tǒng)一設(shè)置為α = 0.05，圖標(biāo)中的數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽生植物群落土壤基本理化性質(zhì)特征

由表 2 可知，研究區(qū)土壤呈弱堿性，0 ~ 60 cm 土壤pH介于7.95 ~ 8.50之間，隨著土層深度的增加逐漸降低，灌木群落顯著高于草本群落(<0.05)。土壤電導(dǎo)率0 ~ 60 cm變化規(guī)律與pH相同，各類型群落均表現(xiàn)出表層含量最高。3種生長型植物群落的土壤含水量，均隨著土層深度的增加而升高，不同土層間基本未見顯著差異(>0.05)，40 ~ 60 cm草本土壤含水量顯著高于喬木(<0.05)。不同生長型植物群落土壤有機(jī)質(zhì)含量基本表現(xiàn)為底層<中層<表層，例如喬木植物群落，從底層至表層，有機(jī)質(zhì)含量由2.69 g/kg升至14.63 g/kg，不同群落之間的土壤有機(jī)質(zhì)無顯著差異(>0.05)。不同土層深度的土壤C/N基本表現(xiàn)為草本>喬木>灌木。土壤容重范圍為1.19 ~ 1.43 g/cm3，在不同群落類型和土層之間均無顯著差異(>0.05)。

表2 鹽生植物群落土壤理化性質(zhì)

注：同一列不同大寫字母表示同一土層不同植被群落間差異顯著(<0.05)，不同小寫字母表示同一植被群落不同土層間差異顯著(<0.05)。

2.2 鹽生植物群落土壤氮素含量特征

不同土層中土壤硝態(tài)氮含量對(duì)植物群落變化的響應(yīng)不同(圖1A)。從喬木到灌木再到草本群落，0 ~ 20 cm土層呈“V”型，20 ~ 40 cm和40 ~ 60 cm土壤則直線上升。各土層中硝態(tài)氮含量最高值均出現(xiàn)在草本植物群落，且在底層土壤中，喬木與草本的土壤硝態(tài)氮含量差異顯著(<0.05)。不同土層中土壤銨態(tài)氮含量對(duì)植物群落變化的響應(yīng)同樣存在差異(圖1B)。從喬木到灌木再到草本群落，0 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm土層呈“V”型，40 ~ 60 cm則呈直線上升趨勢(shì)，且20 ~ 40 cm的喬木顯著高于灌木(<0.05)，40 ~ 60 cm深度，草本顯著高于喬木(<0.05)。垂直剖面上，喬木群落土壤銨態(tài)氮表現(xiàn)為表層和中層顯著高于底層(<0.05)。此外，所有植物群落的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量均表現(xiàn)出不同程度的表聚現(xiàn)象。

土壤總氮含量對(duì)3種生長型植物群落變化的響應(yīng)存在明顯規(guī)律(圖2A)，同一土層中，從喬木群落經(jīng)灌木群落到草本群落，總氮含量均呈直線上升趨勢(shì)，各層土壤中總氮含量最低值均出現(xiàn)在喬木植物群落。在底層土壤中，喬木與草本群落土壤總氮含量具有顯著差異(<0.05)。而不同土層中土壤堿解氮含量對(duì)植物群落的響應(yīng)規(guī)律不一致(圖2B)，20 ~ 60 cm喬木與草本的土壤堿解氮含量差異顯著(<0.05)。所有植物群落的總氮、堿解氮含量均在表層土壤中最高，同樣表現(xiàn)出表聚現(xiàn)象。

同一生長型植物群落土壤氮密度均表現(xiàn)為隨土層深度的增加而降低，與各形態(tài)氮素含量的表聚現(xiàn)象一致，但不同土層之間差異不顯著(>0.05) (圖3)。不同生長型植物群落土壤氮密度表現(xiàn)為草本>灌木>喬木，但相互之間無顯著差異(>0.05) (圖3)。

綜上所述，同一土層，除銨態(tài)氮以外其他各形態(tài)氮素和氮密度均表現(xiàn)為草本群落最高(圖1 ~ 3)。不同生長型植物群落土壤氮素含量和氮密度含量存在表層富集現(xiàn)象，均表現(xiàn)為隨著土層深度的增加而逐漸降低，但減小速率有所差異。

(圖中大寫字母不同表示同一土層不同植被群落間氮素含量差異顯著(P<0.05)，小寫字母不同表示同一植被群落不同土層間氮素含量差異顯著(P<0.05)。下圖同)

圖2 不同生長型植物群落及土層深度下土壤總氮(A)與堿解氮(B)含量分布

圖3 不同生長型植物群落下土壤氮密度垂直分布

2.3 鹽生植物群落土壤氮素與理化性質(zhì)相關(guān)分析

由表3可知，總氮、有機(jī)氮、無機(jī)氮、堿解氮和硝態(tài)氮分別與土壤容重、含水量、有機(jī)質(zhì)和C/N均呈顯著相關(guān)(<0.05)，而與pH呈不顯著負(fù)相關(guān)。電導(dǎo)率與總氮、有機(jī)氮顯著相關(guān)(<0.05)，與堿解氮極顯著相關(guān)(<0.01)。此外，除銨態(tài)氮分別與總氮和有機(jī)氮相關(guān)不顯著外(>0.05)，其余氮素各項(xiàng)指標(biāo)之間均顯著相關(guān)(<0.05)?？偟膩碚f，土壤各形態(tài)氮素之間是相互影響的。

2.4 鹽生植物群落土壤氮素組分特征

與其他組分相比，總氮中有機(jī)氮的比例基本恒定，有機(jī)氮/總氮最大值為0.998，最小值為0.932，即無論總氮的含量如何變化，有機(jī)氮在總氮中均占較高比例。有機(jī)氮/總氮和堿解氮/總氮與總氮呈顯著正相關(guān)(<0.05)，無機(jī)氮/總氮、硝態(tài)氮/總氮和銨態(tài)氮/總氮與總氮顯著負(fù)相關(guān)(<0.05)，說明總氮含量越高的土壤，其中有機(jī)氮與堿解氮所占的比例越高，無機(jī)氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的含量所占的比例越低。因此，總氮含量的變化對(duì)各形態(tài)氮素的影響程度并不相同。

3 討論

3.1 鹽生植物群落土壤基本理化性質(zhì)特征

土壤pH和含鹽量是衡量鹽堿土理化性質(zhì)的基礎(chǔ)，通?？衫秒妼?dǎo)率來指示鹽漬土的鹽漬化程度[25]。本研究中，喬木、灌木和草本植物群落土壤表層pH和電導(dǎo)率高的原因是土壤鹽堿的表層聚集效應(yīng)。一方面，在鹽生植物表皮上常具有鹽腺，可分泌出一些鹽狀結(jié)晶[26]，受雨、霧和露水淋洗并進(jìn)入到表層(0 ~ 20 cm)土壤里；另一方面，由于荒漠區(qū)植被稀疏，表土受陽光直射蒸發(fā)量大，含水量自下而上逐漸減小，而底層鹽分伴隨著水分蒸發(fā)被帶到表層，因此表土返鹽在0 ~ 20 cm處pH和電導(dǎo)率達(dá)到最大，這與曹國棟等人[27]研究一致。3種植物群落土壤中有機(jī)質(zhì)含量最高均分布在表層0 ~ 20 cm范圍內(nèi)，其含量隨著深度的增加呈減少趨勢(shì)。這是因?yàn)橥寥辣韺拥牡蚵湮锝?jīng)分解后所形成的大量有機(jī)物首先進(jìn)入土壤表層，致使土壤表層有機(jī)質(zhì)積累較多[28]。土壤容重是土壤緊實(shí)度的指標(biāo)之一，反映土壤的透水性、通氣性和根系伸展能力[29-30]。研究中發(fā)現(xiàn)土壤容重在不同群落類型和土層之間均無顯著差異。首先，這可能是由于研究區(qū)深居內(nèi)陸，控制容重變化的東亞季風(fēng)難以深入本區(qū)，對(duì)容重的影響微弱，區(qū)內(nèi)的干旱直接控制著容重的變化，這與昝金波等人[31]在黃土高原的研究一致。其次，由于研究區(qū)臨近木特塔爾沙漠，土壤的粒度特征隨著荒漠化過程逐漸粗化[32-33]。黏粒含量極少，成壤作用微弱，土壤發(fā)育差，致使土壤孔隙較大，質(zhì)地疏松，顆粒極易遷移破碎化[31]。進(jìn)而導(dǎo)致不同群落類型和土層之間土壤容重不存在差異。

表3 土壤氮素與土壤理化性質(zhì)相關(guān)關(guān)系

注：*和**分別表示在< 0.05和< 0.01水平(雙側(cè))顯著相關(guān)，下表同。

表4 各形態(tài)氮素占總氮比例與總氮相關(guān)性

土壤C/N是揭示土壤微生物分解過程中C和N轉(zhuǎn)化作用的重要參數(shù)，對(duì)提高碳固定的有效性和調(diào)節(jié)土壤中氮素含量有著重要作用。當(dāng)C/N為15 ~ 25時(shí)，有機(jī)質(zhì)不僅分解快，而且會(huì)有多余的有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮和硝態(tài)氮，供植物吸收利用[34-36]。若C/N>25，會(huì)出現(xiàn)氮素營養(yǎng)不足的現(xiàn)象，造成氮礦化速率降低，導(dǎo)致土壤中銨態(tài)氮含量降低[37]；若C/N<15，由于氮源充足，土壤有機(jī)氮在微生物作用下分解釋放出礦質(zhì)氮(銨態(tài)氮和硝態(tài)氮)，使得土壤中可被植物利用的有效氮增加[38]。該研究中，喬木、灌木和草本在0 ~ 60 cm的土壤C/N均值分別為17.2、13.52和31.94，可以看出喬木處于適中水平，氮素含量充足，有利于土壤礦質(zhì)氮的轉(zhuǎn)化與釋放。

3.2 鹽生植物群落土壤氮素含量特征

喬木、灌木和草本植物群落土壤氮素與氮密度含量存在表層富集現(xiàn)象，不同植物群落類型表層土壤氮素含量不同，但差異不顯著(>0.05)。劉曉星[39]的研究也有相似結(jié)果，認(rèn)為不同植被類型下土壤氮含量的差異不顯著。與喬木相比，灌木和草本土壤具有較高的氮密度、總氮和硝態(tài)氮，這可能是由于研究區(qū)的草本和灌木群落中的建群種和優(yōu)勢(shì)物種大多為豆科植物，豆科植物根際共生的根瘤菌能夠通過生物固氮作用為土壤帶來更多的氮素[40]。本研究發(fā)現(xiàn)土壤氮素含量和氮密度存在表層富集現(xiàn)象，這可能與植物凋落物的歸還作用主要發(fā)生在表層有關(guān)[41]。

3.3 鹽生植物群落土壤氮素與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系

除銨態(tài)氮以外，土壤有機(jī)質(zhì)與其他形態(tài)氮素呈極顯著正相關(guān)(<0.01)，而土壤容重與其他形態(tài)氮素呈極顯著負(fù)相關(guān)(<0.01)，這與王斌等人[42]的研究結(jié)果一致。有機(jī)質(zhì)是土壤氮素的基質(zhì)，同時(shí)還是形成土壤結(jié)構(gòu)的重要因素，直接影響土壤肥力、持水能力和抗侵蝕能力等，是土壤特性的重要指標(biāo)之一，其變化狀況可以指示土壤退化與否[43]。土壤容重決定了土壤的通透性，容重升高使得土壤中O2含量降低，對(duì)微生物活動(dòng)造成了不利影響[44]，因此對(duì)氮素的轉(zhuǎn)化具有反作用。土壤各形態(tài)氮含量與土壤C/N極顯著正相關(guān)，這與大多數(shù)學(xué)者的研究結(jié)果相符[45]，說明土壤碳氮之間關(guān)系密切。

土壤中各項(xiàng)氮素指標(biāo)之間有顯著的正相關(guān)關(guān)系，可見氮循環(huán)的各個(gè)環(huán)節(jié)是相互關(guān)聯(lián)的?？偟康纳呤沟每傻V化基質(zhì)升高，進(jìn)而引起微生物數(shù)量增多，活性增強(qiáng)。一方面自身固持的氮素增加，另一方面，轉(zhuǎn)化得到的銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量增加。研究發(fā)現(xiàn)，表層土壤中氮素之間相關(guān)性最大，這可能是由于0 ~ 20 cm土層地上凋落物以及地下生物量、根系分泌物的含量都較20 ~ 60 cm土層多，因此表層土壤中各項(xiàng)氮素之間的相關(guān)性更為明顯[7]。

3.4 鹽生植物群落土壤氮素組分特征

不同形態(tài)的氮在土壤中的轉(zhuǎn)化是極其復(fù)雜的過程[46]，本研究中發(fā)現(xiàn)有機(jī)氮占總氮的比例較高，并且變異幅度較小(表4)，說明有機(jī)氮占總氮的比例相對(duì)穩(wěn)定，這與前人的研究結(jié)果保持一致。如Hannam和Prescott[47]的研究表明，在林地土壤中可溶性有機(jī)氮占可溶性總氮的比例高達(dá)90% 以上，邢肖毅等人[7]在黃土高原溝壑區(qū)森林帶土壤氮素的研究和蔣躍利等人[48]對(duì)寧南山區(qū)不同草地土壤礦化過程中氮素變化特征的研究都表明，有機(jī)氮占總氮的比例相對(duì)穩(wěn)定。有機(jī)氮/總氮和堿解氮/總氮隨總氮含量的升高而升高，而無機(jī)氮、銨態(tài)氮與硝態(tài)氮?jiǎng)t相反，隨總氮的升高有所降低。說明不同的氮組分對(duì)總氮含量的變化有著不同的響應(yīng)，這可能與土壤類型、微生物活性和土壤酶活性有關(guān)，但其具體機(jī)理仍需進(jìn)一步探究。

土壤中有效氮素主要為硝態(tài)氮和銨態(tài)氮，土壤有效氮素的含量及形態(tài)顯著影響植物對(duì)養(yǎng)分的吸收和利用[49]。研究中發(fā)現(xiàn)土壤硝態(tài)氮在含量上明顯高于銨態(tài)氮，硝態(tài)氮在無機(jī)氮和總氮含量中所占的比例也遠(yuǎn)大于銨態(tài)氮，且硝態(tài)氮與無機(jī)氮和總氮之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(<0.01)。由此可見，在艾比湖濕地自然保護(hù)區(qū)3種生長型植物群落的土壤中主要的有效氮素形態(tài)為硝態(tài)氮，這與高麗娟[5]對(duì)干旱區(qū)土壤氮素的研究結(jié)果相同。這可能是因?yàn)椴蓸悠谘芯繀^(qū)域降雨相對(duì)較多，氨化作用強(qiáng)烈[50]，銨態(tài)氮一方面直接轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，另一方面銨態(tài)氮易于被微生物攝取[51]，間接導(dǎo)致硝態(tài)氮含量升高。

4 結(jié)論

艾比湖流域鹽生荒漠內(nèi)不同生長型鹽生植物群落的土壤pH、電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)和C/N隨土層深度增加而逐漸降低，而土壤含水量與之相反，隨著土層深度的增加而逐漸增加。土壤有機(jī)質(zhì)、含水量和容重與除銨態(tài)氮以外的其他形態(tài)氮素含量均極顯著相關(guān)(<0.01)，且各種氮素間極顯著正相關(guān)(<0.01)。不同群落類型方面，土壤總氮、硝態(tài)氮和氮密度大致呈現(xiàn)從喬木、灌木再到草本群落逐漸增加的趨勢(shì)。垂直分布方面，不同生長型植物群落的土壤各形態(tài)氮素含量和氮密度均隨著土層深度的增加而降低，表現(xiàn)為表聚現(xiàn)象。土壤各形態(tài)氮素占總氮的比例對(duì)總氮的變化存在不同的響應(yīng)，有機(jī)氮占總氮的比例相對(duì)穩(wěn)定，有機(jī)氮與堿解氮占總氮的比例隨總氮含量的增加而增加，而無機(jī)氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮占總氮的比例隨總氮含量的增加而降低。

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Soil Nitrogen Content and Components Under Different Halophyte Communities in Saline Desert

ZHANG Yang1,2, GONG Xuewei3, Lü Guanghui2,4*, ZHANG Xuemei1,2, JIANG Lamei1,2, QIE Yadong1,2

(1 College of Resources and Environmental Science, Xinjiang University, Urumqi 830046, China; 2 Key laboratory of Oasis Ecology (Xinjiang University), Ministry of Education, Urumqi 830046, China; 3 Key Laboratory of Forest Ecology and Management, Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China; 4 Institute of Arid Ecology and Environment, Xinjiang University, Urumqi 830046, China)

In order to investigate soil nitrogen content and composition characteristics under halophytic vegetation, soil properties and nitrogen contents in the depths of 0–20 cm, 20–40 cm and 40–60 cm in different halophyte communities were studied in a saline desert in Ebinur basin. The results showed that soil pH, conductivity, organic matter and C/N under different halophyte communities gradually decreased with the increase of soil depths, whereas water content showed an opposite trend. In the same soil depth, total nitrogen, organic nitrogen and nitrogen density were in the order of trees < shrubs < herbs. Along soil profile, the contents of different nitrogen forms and nitrogen density under different halophyte communities gradually decreased with increase of soil depths, indicating a phenomenon of surface aggregation. Except for ammonium nitrogen, there were significant correlations between soil organic matter, water content and bulk density and different nitrogen forms (<0.01), and there also were significant positive correlations among different nitrogen forms (<0.01). In addition, the ratios of nitrogen different forms to total nitrogen exhibited different responses to total nitrogen, the ratio of organic nitrogen to total nitrogen was relatively stable, the ratios of organic and alkali-hydrolyzale nitrogen to total nitrogen increased with the increase of total nitrogen, whereas, the ratios of inorganic, nitrate and ammonium nitrogen to total nitrogen decreased with the increase of total nitrogen content.

Ebinur basin; Halophytes; Nitrate-N; Ammonium-N; Nitrogen density; Surface accumulation

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31560131)資助。

ler@xju.edu.cn)

張仰(1993—)，女，新疆昌吉人，碩士研究生，主要從事環(huán)境生態(tài)學(xué)研究。E-mail: queenzoya@foxmail. com

S158

A

10.13758/j.cnki.tr.2019.05.005